p Pesquisadores do grupo de Fotônica Molecular do Instituto Van "t Hoff de Ciências Moleculares da Universidade de Amsterdã melhoraram significativamente a determinação experimental da quiralidade ou" lateralidade "de moléculas usando espectroscopia de dicroísmo circular vibracional (VCD). Empregando um algoritmo genético eles foram capazes de "domar" as incertezas na análise de VCD resultantes do fato de que as moléculas flexíveis podem adotar muitas conformações estruturais. Sua melhoria poderia ver o VCD aplicado em grande escala, por exemplo, como uma ferramenta para triagem de alto rendimento de compostos farmacêuticos ou monitoramento em tempo real de processos (bio) químicos. p A equipe liderada pelo professor Wybren Jan Buma publicou seu novo método VCD na edição de 7 de setembro de Ciência Química , o jornal principal da Royal Society of Chemistry.

p De acordo com o primeiro autor, Ph.D. estudante Mark Koenis, "Agora é possível determinar a destreza das moléculas de maneira muito mais confiável e com melhores medidas quantitativas do que antes."

p Em seu jornal, Buma e colegas de trabalho demonstram sua nova abordagem, entre outros, por estudos sobre citronelal. É um exemplo típico da classe de moléculas que até agora apresentam desafios - muitas vezes intransponíveis - para a análise de VCD. É quiral, o que significa que pode existir como duas estruturas moleculares que são imagens espelhadas não sobrepostas uma da outra - exatamente como uma mão direita e uma mão esquerda. É também uma molécula muito flexível e dinâmica que pode adotar muitas estruturas espaciais diferentes, chamadas conformações.

p A variação espacial confunde a determinação da quiralidade

p Sendo quiral, citronelal representa uma classe de moléculas de grande relevância bioquímica e farmacêutica. Uma vez que muitas moléculas biológicas (proteínas, enzimas, receptores, e assim por diante) são quirais, a "lateralidade" das moléculas quirais determina suas interações biológicas. No caso do citronelal, suas estruturas de espelho quiral (chamadas enantiômeros) diferem na interação com os receptores olfativos, de modo que a molécula "canhota" cheira a laranjas e sua contraparte "destra" a limões. Em muitas outras moléculas, o efeito da quiralidade pode ser muito mais dramático. Em aplicações farmacêuticas, por exemplo, um enantiômero de uma droga pode ter um efeito terapêutico benéfico, enquanto o outro tem consequências biológicas prejudiciais.

p Sendo flexível e dinâmico, citronelal ilustra os desafios da determinação da quiralidade por meio de espectroscopia VCD. O VCD faz uso de luz circularmente polarizada que, na verdade, exibe uma "lateralidade" na diferença entre a polarização circular esquerda e direita. Assim, permite distinguir entre moléculas canhotas e destras. A sofisticada técnica produz uma impressão digital espectroscópica única para cada molécula e até mesmo para cada imagem no espelho da mesma molécula. Na verdade, para todos os fins práticos, O VCD é a única técnica capaz de distinguir enantiômeros em condições da vida real.

p O obstáculo, Contudo, é aquele, assim como o citronelal, muitas moléculas são flexíveis e dinâmicas, adotando muitas estruturas espaciais diferentes. Cada estrutura tem sua própria impressão digital, de modo que um espectro VCD real é o total de todas as impressões digitais de todas as variantes moleculares espaciais presentes na amostra. Somando a isso, mais estável, as variantes de baixa energia estarão mais presentes do que as de alta energia, de modo que nem todas as variantes contribuem igualmente para o espectro do VCD. A liberdade estrutural, portanto, constitui um sério problema para determinar a quiralidade nesses casos.

p Algoritmo genético

p A solução usual na análise de VCD é determinar todas as conformações possíveis da molécula sob investigação, calcular suas energias e impressões digitais correspondentes, e, em seguida, calcule a média desses componentes individuais e compare o espectro resultante com o espectro VCD experimental.

p Isto é, Contudo, muito menos nítido do que pode parecer. Muitos métodos estão disponíveis para o cálculo de energias das várias estruturas espaciais, de muito simples a muito avançado. De acordo com Buma, "no pior caso, pode ser que um tipo de cálculo levasse à conclusão de que a molécula tem um tipo particular de destreza, enquanto outro tipo de cálculo levaria à conclusão oposta. "

p Sua equipe agora melhorou significativamente a estratégia de "calcular e comparar", levando explicitamente em conta a incerteza nas energias calculadas. Usando um algoritmo genético que usa os princípios de evolução e "sobrevivência do mais apto", eles puderam ajustar as contribuições das várias impressões digitais de forma que a melhor concordância com o espectro experimental do VCD fosse obtida. "A beleza da nossa abordagem é que a lateralidade correta sempre leva a um melhor acordo com os dados experimentais do que a lateralidade oposta, "diz Koenis." Ainda mais importante, permite-nos apresentar uma medida quantitativa da fiabilidade da atribuição do VCD. "

p Oportunidades crescentes de aplicação

p O algoritmo genético não foi testado apenas em citronelal, mas também em desidroquinidina, uma molécula quiral que representa o pior cenário, porque mostra grandes mudanças estruturais dinâmicas.

p Além disso, o espectro VCD da desidroquinidina é experimentalmente muito mais difícil de obter e o espectro disponível é, portanto, de uma qualidade muito inferior do que o normalmente almejado. Os resultados mostram que mesmo para essas moléculas difíceis, a nova abordagem é de longe superior a todos os métodos existentes para atribuição de configuração absoluta.

p Os pesquisadores esperam que o aprimoramento da confiabilidade do VCD como ferramenta analítica traga aplicações ao alcance, como o controle de qualidade na produção de ingredientes farmacêuticos. Eles já realizaram estudos para determinar os níveis de impurezas quirais usando VCD. "Também mostramos que problemas notoriamente difíceis, como moléculas com muitos centros quirais, podem ser resolvidos, "diz Buma. Levando em consideração que o VCD é experimentalmente mais simples e econômico do que outras técnicas, ele prevê oportunidades crescentes de aplicação da técnica tanto no desenvolvimento quanto na produção em larga escala de moléculas quirais.